Microsoft Word Y-火山4_東海大_大場武先生C000556

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ひでかとべ
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1 様式 Y-2 共同利用実施報告書 ( 研究実績報告書 ) ( 地震火山噴火の解明と予測に関する公募研究 ) 1. 課題番号 Y- 火山 4( ) 2. 研究課題名 ( 和文英文の両方をご記入ください ) 和文 : 地球化学的観測手法を用いた箱根山等における熱水系の構造解明, 地震活動評価, および火山ガスの化学的連続観測技術の高度化英文 : Elucidation of hydrothermal system structure evaluating seismic activity at Mt Hakone and other volcanoes based on geochemical observation with upgrading for the chemical and continuous monitoring of volcanic gas 3. 研究代表者所属氏名東海大学理学部大場武 ( 地震研究所担当教員名 ) 企画部 4. 参加者の詳細 ( 研究代表者を含む必要に応じ行を追加すること ) 氏名所属職名参加内容大場武東海大学教授火山ガスの採取分析谷口無我気象研究所研究官火山ガスの採取分析, 多成分火山ガス連続観測装置による火山ガスの組成観測萬年一剛神奈川県温泉地学研究所主蒸気井のボーリングコアの鉱物分析任研究員板寺一洋神奈川県温泉地学研究所主熱水の採取分析任研究員代田寧神奈川県温泉地学研究所主火山ガスの採取分析, 熱水の採取分析任研究員原田昌武神奈川県温泉地学研究所主蒸気井のボーリングコアの鉱物分析任研究員高木朗気象研究所室長多成分火山ガス連続観測装置による火山ガスの組成観測福井敬一気象研究所研究官多成分火山ガス連続観測装置による火山ガスの組成観測 5. 参加者が分担した役割 ( 字程度で記入してください ) 谷口大場代田は 1 か月に 1 回程度の頻度で箱根山の火山ガスを繰り返し採取分析し地震数, 地殻変動等と比較した. 板寺代田は大涌谷に掘削された種々の孔底深度の温泉造成用の蒸気井から凝縮水もしくは熱水を採取し分析した. 萬年原田は, 大涌谷周辺に掘削された蒸気井のボーリングコアの構成鉱物種を深度毎に分析した. 谷口高木福井は噴気孔周辺の大気に含まれる火山ガスの化学組成を可搬型多成分火山ガス連続観測装置で観測した.

2 6. 研究実績 ( 論文タイトル雑誌学会セミナー等の名称謝辞への記載の有無 ) 大場武谷口無我代田寧角皆潤鋤柄千穂箱根山火山ガスの時間変化とその解釈, 日本地球惑星科学連合学会大会,SVC47-14,2017, 謝辞の記載有大場武,2 谷口無我,1 西野佳奈,1 沼波望,3 代田寧,4 鋤柄千穂,5 伊藤昌稚,5 角皆潤箱根山火山ガス安定同位体比の変化と火山活動の関係, 同位体科学学会研究会,2018, 謝辞の記載有原田昌武道家涼介板寺一洋里村幹夫, 2015 年箱根火山活動に伴う圧力源の時間変化, 日本火山学会 2017 年秋季大会,P48,2017, 謝辞の記載有代田寧十河孝夫秀平敦子本間直樹濱田紀之大場武, 箱根山大涌谷の蒸気井および自然噴気孔の火山ガス組成, 日本火山学会 2017 年秋季大会,P122,2017, 謝辞の記載有代田寧大場武谷口無我, 箱根火山における活動活発化に連動した噴気組成 (C/S 比 ) の変化, 神奈川県温泉地学研究所報告, 第 49 巻,29-38,2017, 謝辞の記載有

4 山大の気および自然噴気の火山成 1 河 2 2 本間直 1 紀 3 大 4 (1 神奈川県温地学研究所 2 神奈川県環境科学ンター 3 神奈川県対 4 大学理学部 ) The composition of volcanic gases at Owakudani geothermal area, Hakone volcano Yasushi DAITA 1, Takao SOGO 2, Atsuko HIDEHIRA 2, Naoki HONMA 1, Noriyuki HAMADA 3, Takeshi OHBA 4 (1 Hot Springs Res. Inst. of Kanagawa Pref., 2 Kanagawa Environmental Research Center, 3 Disaster Management Measures Division of Kanagawa Pref., 4 School of Science, Tokai Univ.) 1. はじめに山は神奈川県の部に置し, しし発地が発生する活火山である. 年では 2001 年,2006 年, 2008 年,2009 年,2011 年,2013 年に比較的規模の大きな発地活動がこり,2015 年には大においてく規模ながら水気噴火が発生するなどに火山活動が活発化した年の活動では, 温成のための気 ( 度 500m) が地下の上により能 ( 噴状 ) になるとともに, 新たな火口や噴気も成された. これら気や噴気などから SO 2 などのな火山性が出されており, 向きなどによっては観がれる大地において高濃度になるもあるため, これらの気や噴気からどのようなが出されているかを把握することは性の保後の対のために要である. また, 火山の化学成 (SO 2 と H 2 S の比など ) は火山活動の程度により変化するため, 火山活動の現状や後の活動を測する上でも火山の観測は用であると考えられる. 本発表では,2016 年 7 から実施している気等から出される火山の測定結果について報告するとともに, 火山成の変化から山の活動状の推について推してる. 2. 火山の分析方法 Ozawa(1968) の方に準じておこなったが, 気のいがく採取時に大気のが避けられないため, 性がくて出濃度も高いと考えられる HCl,SO 2,H 2 S の 3 成分について分析し, それらの比から火山活動の推等について推した. 採取は, 温成用水の ( 火山がそのまま出されている状 ) および成用水後 ( 水に溶しやすい成分の一部がされた状 ) においておこなった. また, 比較のため 2015 年の活動で新たに成された噴気についても同様の方での採取分析をおこなった. りは然として高く, ま活動の状にはっていないと考えられる. また, 大ほか (2008) によると,2001 年の活動以後に成が時の値にるまで 4 5 年程度を要しており, 回も同様かそれ以上の時間がかかる可能性があるとれる. (2) 温成用水の後の測定結果では,SO 2 /H 2 S 比が時的に下していた. これは, 温成時のがほ一定であることなどの付きにはなるが, 活動がに下していることをしている可能性がある. (3) 温成用水の後における結果を比較すると, 気から出される HCl は成用水のによりほ 100 されている. また, 同日に後で採取をおこなった 2017 年 2 28 日の結果では,SO 2 は 80 程度減していると考えられる. これらのことから, 温成により, 一定程度の出減果があることが示された. しかしながら, 温成後も地内ではしし高濃度の SO 2 が観測されており, 新たに成された火口や噴気も SO 2 の発生になっているものと考えられる. (4) 2015 年の活動で新たに成された噴気において同様に採取した結果, やはり SO 2 の発生となっていることがかった.SO 2 /H 2 S 比でると, 温成用水後の気から出される比とほ同じであった. また, 実際にはの噴気が新たに成されており, これらの噴気からも SO 2 が出されている可能性が高いと考えられる. 4. 火山の採取にあたり, 温 ( ) ならびににいたきました. また本研究の一部は大学地研究所 ( 同用地火山噴火のと測にする研究 ) からを受けました. ここにしてくし上げます結果ととめ HCl,SO 2,H 2 S の 3 成分の比をラフにして図 1 に示した. 結果の要を理してまとめると以下のとおりである. なお, 気は ( 成用水後は ), 自然噴気はであった. (1) 温成用水における結果から,HCl の比が下しており, 回の期間においては活動度は下傾向にあると考えられる. また, 図ではかりにくいが,SO 2 /H 2 S 比も下傾向にあり, 同様に活動度の下を示している. しかしながら,2001 年の活動以後に気の火山を定期的に採取分析した大ほか (2008) による時の値よ成用水成用水噴図の 3 成分の比 HCl SO2 H2S

箱根火山における活動活発化に連動した噴気組成 (C/S 比 ) の変化代田寧 *1 大場武 *2 *3 谷口無我 Temporal variation of the fumarolic gas composition (C/S ratio) be connected activity in Hakone volcano by Yasushi DAITA *1,Takeshi OHBA *2

5 箱根火山における活動活発化に連動した噴気組成 (C/S 比 ) の変化代田寧 *1 大場武 *2 *3 谷口無我 Temporal variation of the fumarolic gas composition (C/S ratio) be connected activity in Hakone volcano by Yasushi DAITA *1,Takeshi OHBA *2 and Muga YAGUCHI *3 1. はじめに箱根山は神奈川県の西部に位置ししばしば群発地震が発生する活火山でありとくに 2001 年以降は数年おきに活発な群発地震活動が発生している 2001 年の活動では群発地震が発生するとともに山体がわずかに膨張するような地殻変動も観測された ( 代田ほか 2009) またこの活動で特徴的なことは温泉造成のための蒸気井 ( 深度 500m) が地下の圧力上昇により制御不能 ( 暴噴状態 ) になったほか群発地震活動の終息後にはそれまで噴気活動が認められなかった大涌谷北側斜面の数カ所において新たな噴気も出現するなど ( 辻内ほか 2003) 顕著な地表面現象が観測されたことであるその後 2006 年 2008 年 2009 年 2011 年 2013 年に比較的規模の大きな群発地震活動が起こり 2015 年には大涌谷においてごく小規模ながら水蒸気噴火が発生するなど非常に火山活動が活発化した 2015 年の活動では 2001 年の活動以来となる蒸気井の暴噴現象が発生したほか新たな火口や噴気孔が形成されるなど非常に顕著な地表面現象 ( 噴気異常 ) が観測された ( 温泉地学研究所 2015) 図 1 噴気孔の位置 ( 中央付近の印 ) 国土地理院発行の 2 万 5 千分の 1 地形図箱根を使用した *1 神奈川県温泉地学研究所神奈川県小田原市入生田 586 *2 東海大学理学部化学科神奈川県平塚市北金目 *3 気象庁気象研究所火山研究部茨城県つくば市長峰 1-1 報告, 神奈川県温泉地学研究所報告, 第 49 巻,29-38,

写真 1 火山ガス採取の様子これまで著者らは 2001 年の活動で暴噴した蒸気井およびその蒸気井から 200m ほど南側に位置する自然噴気孔ならびに 2001 年の活動で新たに出現した噴気域 ( 以後新噴気域と呼ぶ ) において継続的に火山ガスの採取分析をおこないそれらの火山ガス成分の時間変化について検討してきたその結果群発地震活動に関連して火山ガス中の C/S 比 (

6 写真 1 火山ガス採取の様子これまで著者らは 2001 年の活動で暴噴した蒸気井およびその蒸気井から 200m ほど南側に位置する自然噴気孔ならびに 2001 年の活動で新たに出現した噴気域 ( 以後新噴気域と呼ぶ ) において継続的に火山ガスの採取分析をおこないそれらの火山ガス成分の時間変化について検討してきたその結果群発地震活動に関連して火山ガス中の C/S 比 ( 硫化水素と二酸化硫黄の合計濃度に対する二酸化炭素濃度の割合 ) が増加する可能性を指摘した ( 大場ほか 2008;Ohba et al., 2011; 代田板寺 2010) さらに代田(2013) では 2013 年の活動時に新噴気域において測定頻度を 10 日に一回程度に高めることでこれまでより時間分解能の高いデータを得たその結果火山ガス組成 (C/S 比 ) が火山性地震の増加 ( 火山活動の活発化 ) とともに上昇傾向に転じ地震活動が低調になるとともに低下傾向へと変わる変動が明瞭に観測され箱根火山における火山活動の予測において噴気の連続観測が有効な手段となる可能性を示した著者らは 2013 年の活動以降も継続して新噴気域において火山ガスの採取分析をおこなっており 2015 年の活動においても火山活動の消長に応じて火山ガス組成が明瞭に変化する現象を捉えることができたここでは 2015 年に観測された火山活動の活発化に連動した C/S 比の変化について報告するとともに 2013 年の観測結果と比較することなどにより箱根火山が活発化した際の活動予測について検討した結果を報告する年箱根火山活動の概要 2015 年箱根火山活動における地震活動や地殻変動の特徴噴火の推移などについては原田ほか (2015) や温泉地学研究所 (2015) にまとめられているがここではその時系列の概要について整理しておくなお地震の回数は温泉地学研究所の地震カタログによるものであるまず 4 月初旬頃から山体膨張を示す地殻変動が GPS で観測された箱根火山ではこれまでも群発地震に先行した山体膨張が捉えられている地震活動については 4 月に入るとそれ以前よりもやや多めの状態となったもののそれでも 1 日に数回程度であったものが 4 月 25 日から明らかに増加し 1 日で 25 回の地震が発生 4 月 26 日には 102 回の地震が発生したその後増減を繰り返しながら 5 月 15 日には 1 日で 1,100 回を超える地震が発生し地震数のピークを迎えたその後は減少傾向にあったが 6 月 29 日の朝に大涌谷付近で再び活発となりごく小規模ではあったものの水蒸気噴火に至ったその後地震数は減少し 9 月以降は少ない状 30

7 態で推移し 11 月以降はほぼ活動以前の状況に戻ったまた山体膨張を示す地殻変動は地震活動がピークを迎えた 5 月 15 日以降も継続しており噴火後の 7 月上旬頃から停滞したようにみえる 2015 年の活動の特徴は地震活動が低調となった後に再び活発化して水蒸気噴火に至ったこと火山性地震の増加に先行して山体が膨張し始め地震活動がピークを迎えた後も山体膨張が継続していること噴火後に膨張の変動が停滞したことである 3. 火山ガスの採取分析方法継続的に火山ガスの採取をおこなった噴気孔の位置を図 1に示す代田 (2013) において E 領域と呼んでいる 2001 年の群発地震活動後に形成された新噴気域であるが 2014 年 10 月 10 日にこれまでガス採取していた噴気孔が埋没していることが確認されたこれは大雨により斜面の土砂が崩れたためと思われる従って 2014 年 10 月 15 日以降の観測はそれまでとは異なる噴気孔で実施している以前の噴気孔から 3 ~ 4m 程度離れているが後述するようにデータの連続性は保持されていると考えられる火山ガスの採取分析方法は基本的に代田 (2013) と同様で検知管法であるただし箱根山の自然噴気においては二酸化硫黄の硫化水素に対する割合は数十から数百分の 1 程度と少なく (Ohba et al.,2011) また本噴気孔には 2013 年の活動時に二酸化硫黄はほとんど含まれていなかった ( 代田 2013) ことから本報告における C/S 比は代田 (2013) と同様に二酸化炭素と硫化水素の比とし観測を簡便化するために二酸化硫黄の測定は実施していないなお著者らは本報告と同じ噴気孔において 2015 年の活動においても二酸化硫黄は硫化水素に比べて顕著に少ないことを検証するため検知管による測定だけではなく二酸化硫黄と硫化水素の比率を正確に測定する湿式分析法 (Ozawa,1968) による方法も併用して実施しているその結果 2015 年の活動中においても二酸化硫黄はおおむね硫化水素の 1/40 程度と低く C/S 比を二酸化炭素と硫化水素の比とすることについては問題ないと考えられるまたガス採取はチタン製のロートを噴気孔にかぶせ隙間を土などで埋めることによりできるだけ大気が混入しないようにしておこなった ( 写真 1) 大気が混入したとしても全体的に薄まるだけで C/S 比は変わらないため観測を簡便化するためにガス採取時の大気の混入を確認する酸素の測定は実施していない観測を実施する間隔はおおむね 10 日 ~1ヶ月程度であり火表 1 繰り返し観測の結果観測日 2013/11/ /11/ /12/ /12/ /1/ /2/3 2014/2/ /3/ /3/ /4/ /4/ /5/8 2014/5/ /6/3 回数 C/S 比

8 /11/ C/S ratio /1/1 2013/1/1 2014/1/1 年月日図 2 C/S 比の繰り返し観測結果図中の破線 (2013/11/21) 以降が繰り返し観測による結果を示す山活動が活発な時は観測頻度を高めている 4. 繰り返し観測による測定誤差の検証代田 (2013) により噴気中の C/S 比が簡便な検知管法による測定であっても箱根火山の活動予測に有用である可能性が示されたが火山活動に伴う C/S 比の変化が有意であるかを判断するためには平常時における測定値のバラツキを検証しておく必要があるそこでガス採取から検知管による測定までの一連の操作を複数回おこないそれらのバラツキを調査した調査は 2013 年 11 月 21 日から2014 年 6 月 3 日までの計 13 日間において実施した ( 表 1) この調査期間中は火山活動は比較的落ち着いており測定結果のバラつきについて検討するのに適していると考えられるなお 1 回の調査においては基本的に一連の操作を 3 回ずつおこなっているが作業中の天候悪化などで 2 回しか実施できなかった日が 3 日間あった繰り返し観測以前に実施した 2013 年の活動に伴う変化も含めて結果を図 2に示した図中の 2013 年 11 月 21 日を示す破線以降が繰り返し観測の結果である図 2 には観測日ごとの全ての結果を重ねてプロットしているが全体的に非常にバラツキが小さいことがわかる同一測定日ごとに C/S 比の平均値および最大値と最小値の差を求めそれらの割合 (% ) をバラツキと考えた場合調査期間中のバラツキの平均は 3.6% であったこれは C/S 比を 20 とした場合およそ 19.6 ~ 20.4 の幅を持つということであるが図 2 に示すとおり活発化後の変化はバラツキよりも明らかに大きく検知管法であっても火山活動の消長を把握するための有用なデータを取得できるものと考えられるただしバラツキが大きい場合もあったため (12 月 11 日が最も高く 9.9%) 活発化の初期の段階における変化をより高い確度で評価するためには繰り返し測定の回数や観測頻度を増やすなどの対応が必要であると考えられる 5. 結果および考察年の活動に伴う C/S 比の変化 2015 年の活動に伴う C/S 比の時間変化を図 3に繰り返し観測以降の C/S 比の値を表 2にそれぞれ示した図 3には 2013 年の活動に伴う結果も含めて示してある図中の破線が従来の噴気孔が埋没していることを確認した 2014 年 10 月 10 日である図 3より新しい噴気孔において最初に測定した 2014 年 10 月 15 日 ( 図中のほぼ破線上 ) の結果はやや高くなっているようにみえるので破線以降の結果は噴気孔の違いにより全体的にシフトしている可能性もあるしかしながら破 32

9 表 2 観測結果 (2014 年 7 月 22 日 ~ 2016 年 12 月 7 日 ) 観測日 C/S 比観測日 C/S 比観測日 C/S 比 2014/7/ /6/ /3/ /10/ /7/ /4/ /12/ /7/ /5/ /2/ /8/ /6/ /3/ /9/ /7/ /4/ /10/ /8/ /5/ /11/ /9/ /5/ /12/ /10/ /5/ /1/ /10/ /6/ /1/ /11/ /6/ /2/ /12/ /10/ C/S ratio /1/1 2013/1/1 2014/1/1 2015/1/1 2016/1/1 年月日図 3 C/S 比の時間変化 (2012/3/13 から 2016/12/7 まで ) 33

10 /25 5/15 噴火 (6/29) 6/30 50 C/S ratio /24 日別地震発生数 /1 3/1 4/1 5/1 6/1 7/1 8/1 9/1 2/1 3/1 4/1 5/1 6/1 7/1 8/1 9/1 月日図 4 C/S 比の時間変化 (2015/2/16 から 2015/9/11 まで ) と日別地震発生数の推移図中の破線の 4/25 は火山性地震が顕著に増加した日を 5/15 は地震発生数のピーク日を示す 5/15 以降地震発生数は低下傾向であったが 6/29 に再び活発となり水蒸気噴火に至った線を境に傾向が大きく異なることはないためデータの連続性は保持されていると考えてよいものと思われるまたシフトしていたとしてもわずかであるので火山活動の消長との関連性を議論する上ではほとんど影響はないものと考えられる 2015 年の活動時期にクローズアップした C/S 比の時間変化 (2015 年 2 月 ~ 9 月 ) を日別地震発生数とともに図 4に示した火山性地震が顕著に増加した 4 月 25 日の 1 日前に観測を実施しているがその際には C/ S 比の有意な増加は認められない代田 (2013) では 1 日から数日程度地震活動に先行して C/S 比が増加する可能性があることを指摘しているが今回の観測では先行した変化を検知することはできなかった地震活動が活発化した後 C/S 比は増加傾向を続け 2013 年と同様に火山活動に伴う明瞭な変化を捉えることができた C/S 比は地震活動が低調となった 5 月中旬以降も増加を続け小規模噴火の発生とほぼ同時期に最高値となりその後急速に低下したまた GPS で観測された山体膨張も地震活動が低調となった 5 月中旬以降も継続し噴火後に停滞しており C/S 比の変化はこれと類似しているようにみえる GPS で観測された変化は地下深部のマグマだまりの膨張を捉えていると考えられており C/S 比の変化が地下深部の活動に対応している可能性があるこうした観測事実から C/S 比の推移は火山活動そのものの活発化あるいは静穏化の状況を反映していると考えられ C/S 比の観測が短期的な火山活動予測に対して大変重要な情報を与える可能性があることを示唆している火山活動の予測をするうえでは GPS 観測と火山ガス観測を併用していくことが肝要と考えられる 34

11 年の活動 2015 年の活動 C/S ratio 経過日数 ( 日 ) 図 5 火山性地震が顕著に増加した日を起点とした C/S 比の時間変化 2013 年の活動では 1 月 11 日 2015 年の活動では 4 月 25 日を起点とした 5.2. C/S 比の変化による火山活動の推移予測の可能性 2013 年および 2015 年の活動における継続的な火山ガス観測から C/S 比の変化が火山活動の消長と非常に良く対応することが明らかとなったまだ 2 回の結果だけではあるがここでは C/S 比の変化から火山活動の推移予測が可能かどうか検討してみるまず群発地震活動に先行して C/S 比の変化が現れるかどうかだが 2013 年の活動では 1 日ないしは数日程度先行して変化する可能性が指摘されている ( 代田 2013) 一方 2015 年の活動では火山性地震が増加する 1 日前の観測では変化がなく C/S 比の変化はほぼ群発地震活動と同時期に始まると考えた方が良いだろう厳密にどちらが先に始まるかを明らかにするには C/S 比の連続観測技術の開発 ( 大場ほか 2017) が鍵になるさらに大場ほか (2015) によれば火山ガス中の CO 2 /H 2 O 比やH 2 O のδ D( 水素安定同位体比 ) に群発地震活動よりも数ヶ月先行して変化が現れておりこれらの観測も火山活動活発化の事前予測に有効となる可能性がある一方火山活動が活発化した後の活動予測には C/S 比の観測が大いに役立つ可能性が高いと考えられる火山活動の活発化に伴う代表的な指標は地震活動であるが 2015 年の活動では 5 月中旬頃から地震活動が低調傾向になった後再び 6 月 29 日に活発となり噴火に至ったそれに対して C/S 比の変化は地震活動が低調になった後も増加を続け噴火後に急速に低下したこのように C/S 比の変化は火山活動の消長と非常によく対応しており火山活動が活発な状態が続いているのかそれとも終息に向かっているのかといった今後の活動予測に貢献できるものと考えられるただし C/S 比の変化を詳細にみると 2015 年 6 月 16 日にそれまで増加傾向であったものがわずかに低下しその後再び上昇に転じた同様の変化は 2013 年の活動でも観測されており火山活動が静穏になり C/S 比が低下傾向に転じた後に再び増加しその後一時的に火山性地震が多発することがあったこのような観測結果を踏まえ活発な活動期には観測頻度を高め高い時間分解能で火山活動の盛衰を監視する必要がある図 3より 2013 年と比較して 2015 年の方が C/S 比が増加する際の傾きが急であるようにみえるそこで 2013 年と 2015 年について活動初期の C/S 比の変化を比較するため火山性地震が顕著に増加した日を起点とした C/S 比の時間変化を図 5に示した本来であれば C/S 比が増加し始めた日を起点とすべきであるが観測 35

12 間隔が 10 日から 1 ヶ月程度であり増加開始時期を明確に特定することが困難であるためここでは火山性地震が顕著に増加した日を起点とした C/S 比の変化は地震活動の活発化とほぼ同時期と考えられるため火山性地震が顕著に増加した日を起点とすることにほとんど問題はないと思われる図 5から活動の初期段階において 2015 年の方が C/S 比の増加速度が速いことがわかるこれは地震活動や地表面現象などの活動規模が 2013 年と比較して 2015 年の方が大きかったことに対応している可能性があり C/S 比の増加速度 ( 変化率 ) が活動規模を推測するうえでの指標になるかもしれず今後のデータの積み重ねが必要であるまた図 5より 2013 年と 2015 年では C/S 比のピーク後の減少速度にも違いがみられ 2015 年の方が減少速度が速いすなわち 2013 年に対して 2015 年では活発化初期の C/S 比の増加速度が速くピーク後の減少速度も速いという現象がみられた 2015 年の方が減少速度が速い理由については明確にはわからないが噴火に伴い火山ガスが急激に放出されたことなどが考えられるまた 2013 年と 2015 年では活動規模が異なるのに対して C/S 比の最高値はほぼ同じであったもしこの値が噴気域 ( あるいは噴気孔 ) 固有の値であったならば今後の活動予測に役立ち活動がピークとなる時期を予測できるかもしれないまたこのことは活動活発化のメカニズムを推定するうえでも重要な知見になるものと考えられる以上のように検知管という大変簡便な方法であっても火山活動の推移予測に寄与できる可能性があることが示されたまた検知管法にはその場で結果が出るという特長があり迅速な防災対応にも貢献できるものと思われる 5.3. 活発化のメカニズムの推定にむけて火山活動の消長に応じてガス組成が変化することは現象としては捉えられたがそのメカニズムについてはまだ明確になっているとはいえないだろう本研究では C/S 比の変化について報告したが 2015 年の活動では CO 2 /H 2 O 比やH 2 O のδ D など他の火山ガス成分にも変化が現れている ( 大場ほか 2015) こうした火山ガス成分の変化を説明するモデルとしてシーリングゾーンの形成発達破壊という考え方がある (Fournier, 1999) これはマグマだまりから放出されているマグマ性ガスの通路が明礬石や硬石膏などの二次鉱物の成長により自己閉塞 ( 目詰まり ) する現象が起こるとの考え方でありその領域がシーリングゾーンであるマグマを取り囲むシーリングゾーンの内側では目詰まりによって次第に圧力が上昇し限界に達するとシーリングゾーンの一部が破壊されて急激にガスが浅部へ上昇するその結果群発地震や水蒸気噴火の発生に至るのではないかと考えられているシーリングゾーン内の圧力が上昇すると CO 2 のマグマに対する溶解度が低いために CO 2 に富んだガス組成となり CO 2 /H 2 S 比やCO 2 /H 2 O 比が増加すると考えられる大場 (2015) によれば 2015 年の活動に伴う火山ガス成分の変化はシーリングゾーンの発達と破壊により説明できるこの考え方ではマグマだまりへのより深部からの CO 2 濃度の高い新たなマグマ注入を必要としない箱根火山では群発地震の発生に先行して地下深部における膨張の変化がこれまでに何度か観測されているこの地下深部の膨張の原因を探ることがガス組成変化のメカニズムをひいては火山活動活発化のメカニズムを解明する鍵になると考えられるシーリングゾーンとは異なる考え方として箱根火山において地下 10 km ぐらいに推定されているマグマだまりにより深部から新鮮なマグマが注入されたということも考えられる新鮮なマグマが注入された場合マグマに対する溶解度が低い CO 2 が脱ガスし CO 2 に富んだガス組成となるため CO 2 /H 2 S 比やCO 2 /H 2 O 比が増加するまたは CO 2 は地下 60 km 程度の深部から脱ガスするといわれているので (Giggenbach,1997) マグマそのものではなくマグマだまりよりも深部で脱ガスした CO 2 に富んだ流体が注入されたと考えることもできる火山ガスの C/S 比の変化からは上記のどちらの考え方でも説明が可能であるさらに両方の現象が起きている可能性ももちろんある今後は GPS で観測された地殻変動 ( 山体膨張 ) などの地球物理観測における結果を考慮した統合的なモデルの構築が必要であると考えられる 6. まとめ新噴気域における継続的な火山ガス観測により 2013 年の活動に引き続き 2015 年の活動においても火山活動の消長に応じて火山ガス組成 (C/S 比 ) が変化する現象を捉えることができ箱根火山における活動予測において火山ガス観測が非常に重要であることがより明瞭となった本研究の成果をまとめると以下のとおりである (1) 検知管法における測定誤差の検討から簡便な方法ではあるものの十分に火山活動の状況を把握できると考えられるまた現地で結果が出るため迅速 36

13 な防災対応にも貢献できるものと思われるただし測定日によってはバラツキが大きい時も見受けられたことから活発化の初期段階においては観測頻度を高めたり繰り返し回数を増やすなどの対応が必要である (2) C/S 比は地震活動が低調となった後も増加傾向が継続しており火山活動が終息に向かっておらず活発な状態が続いていることに対応した変化を示したこのことから火山活動が活発化した後の活動予測すなわち活発な状態が続いているのかそれとも終息に向かっているのかといった今後の推移を予測するうえで非常に有効であると考えられる (3) 2013 年と 2015 年の比較により C/S 比の増加速度 ( 変化率 ) が活動規模を推測するうえでの指標になる可能性があるさらに C/S 比のピーク値が噴気域 ( あるいは噴気孔 ) 固有の値であったならば活動のピークの時期を予測できる可能性もある 7. おわりに本報告により火山ガス組成 (C/S 比 ) の変化がとくに火山活動が活発化した後の推移予測に大変有効である可能性が示された火山活動の活発な状態が続いているのかそれとも終息に向かっているのかを把握できれば防災対策にも大いに貢献できるものと考えられる今後は火山活動の活発化に対応して火山ガス組成が変化するメカニズムを解明することが課題であり地殻変動などの地球物理観測の結果を考慮した統合的なモデルの構築が必要であると考えられる謝辞本研究の実施のために以下の研究費を利用しましたここに記して深く感謝します災害の軽減に貢献するための地震火山観測研究 (2014 ~ 2016 年度東京大学地震研究所 ) 地震火山噴火の解明と予測に関する公募研究 (2017 年度東京大学地震研究所 ) 科学研究費助成事業挑戦的萌芽研究 (2015 ~ 2017 年度日本学術振興会 ) 次世代火山研究人材育成総合プロジェクト先端的な火山観測技術の開発 (2016 ~ 2017 年度文部科学省 ) 総合研究機構プロジェクト研究レーザーによる大気拡散火山ガス観測法の開発と箱根火山モニタリング (2016 ~ 2017 年度東海大学 ) 参考文献代田寧棚田俊收丹保俊哉伊東博原田昌武萬年一剛 (2009)2001 年箱根群発地震活動に伴った傾斜変動と圧力源の時間変化, 火山,54, 代田寧板寺一洋 (2010)2001 年以後に箱根火山大涌谷北側斜面に現れた噴気中のガス組成等の時間変化, 温地研報告,42, 代田寧 (2013) 箱根火山において 2013 年 1 月から発生した群発地震活動に伴う噴気ガス組成の時間変化, 温地研報告,45, Fournier R.O. (1999) Hydrothermal processes related to movement of fluid from plastic into brittle rock in the magmatic-epithermal environment,econ. Geol.,94, Giggenbach W. F.(1997)The origin and evolution of fluids in magmatic-hydrothermal systems, Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits, John Wiley and Sons, 原田昌武板寺一洋本多亮行竹洋平道家涼介 (2015)2015 年箱根火山活動に伴う地震活動と地殻変動の特徴 ( 速報 ), 温地研報告,47,1-10. 大場武代田寧澤毅平徳泰撹上勇介 (2008) 箱根カルデラ中央火口丘大涌谷地熱地帯における火山ガス組成の時間変化, 温地研報告,40,1-10. Ohba T., Daita Y., Sawa T., Taira N., Kakuage Y. (2011) Coseismic changes in the chemical composition of volcanic gases from the Owakudani geothermal area on Hakone volcano, Japan, Bull Volcanol,73, 大場武 (2015) 化学で解き明かす火山噴火のメカニズム- 御嶽山, 箱根山に見る火山活動の実態 -, 化学,70(11), 大場武谷口無我高木健太左合正和代田寧池谷康祐角皆潤 (2015) 火山ガス組成から読み解く箱根山 2015 年火山活動, 日本火山学会 2015 年度秋季大会講演予稿集. 大場武大庭憲二山本泰直森田博義東出和総 (2017) パージ機能付ガスセンサーによる火山ガス連続観測の試み, 日本火山学会 2017 年度秋季大会講演予稿集. 温泉地学研究所 (2015)2015 年箱根山噴火の推移について, files/hakone2015/hakone pdf (2017 年 12 月現在 ) 37

14 Ozawa T. (1968) Chemical analysis of volcanic gases: I. Chemical analysis of volcanic gases containing water vapor,hydrogen chloride,sulfur dioxide, hydrogen sulfide,carbon dioxide,etc, Geochem. Int.,5, 辻内和七郎鈴木征志粟屋徹 (2003) 箱根大涌谷で 2001( 平成 13) 年に発生した蒸気井の暴噴事故とその対策, 温地研観測だより,53,

15 第 16 回同位体科学会研究会東京工業大学大岡山キャンパス (2018/3/16) 箱根山火山ガス安定同位体比の変化と火山活動の関係 Correlation between the variations in stable isotope ratio of fumarolic gas and volcanic activity at Mt Hakone, Japan 1 大場武, 2 谷口無我, 1 西野佳奈, 1 沼波望, 3 代田寧, 4 鋤柄千穂, 5 伊藤昌稚, 5 角皆潤 1 東海大学理学部, 2 気象庁気象研, 3 神奈川県温泉地学研究所, 4 東京海洋大学船舶海洋オペレーションセンター, 5 名古屋大学環境学研究科序箱根山では 2001 年 6 月から 10 月にかけ, 群発地震が発生し, 大涌谷に掘削された蒸気井の蒸気圧力が上昇した. 同様に,2015 年 4 月末から群発地震が始まり, 蒸気井の蒸気圧力が上昇し,2015 年 6 月 30 日に小規模な水蒸気噴火が発生した. 箱根山では, 群発地震とそれに伴う蒸気井の蒸気圧力上昇が再発する可能性がある. 火山ガスの化学組成, 安定同位体比は, 火山活動に対応し変化している. 火山ガスの観測により群発地震の予知や, 終息時期の推定が可能となれば, 火山防災に大きく貢献する. 本研究では,2013 年 5 月から現在までの火山ガスの水素酸素同位体比および化学組成の変動について解釈を試みる. 火山ガスの採取箱根カルデラの中央火口丘神山の北山麓に分布する大涌谷と上湯場の 2 箇所で, 自然噴気を,2013 年 5 月から毎月 1 回の頻度で繰り返し, 採取分析した. 上湯場の噴気は大涌谷の噴気から北方へ約 500m 離れている. 上湯場は 2001 年の火山活動以降に出現した地熱地帯で, 既存の樹木が枯死している. 両者の噴気の出口温度は 96 前後であり, 水の沸点に近い. 結果観測を行った二つの噴気では,2015 年 4 月末から始まった群発地震に伴い,CO2/H2S 比や CO2/CH4 比に顕著な上昇が観測された. この群発地震の2ヶ月ほど前から大涌谷の噴気に含まれる H2O の同位体比 (δd,δ 18 O) が低下をはじめ, 群発地震開始直後に同位体比は元の値に復帰した. このような変化は上湯場の噴気には観察されなかった. この群発地震の 5~7 ヶ月ほど前に噴気に含まれる H2 のδD が通常のレベルから低下した. この変化は, 大涌谷と上湯場両方の噴気で生じていた.H2O と H2 の間で同位体交換反応平衡を仮定した場合の見かけ平衡温度 (AET) を計算すると, 両噴気で群発地震前は,100 前後であったが, 群発地震後は 120 程度まで上昇した. 群発地震の 5~7 ヶ月前に H2 のδD が低下した際の AET は 70 まで低下した. 考察 H2 のδD 低下が2つの噴気で発生し,H2O の同位体比低下が大涌谷の噴気だけでおきているので, 前者の変化は後者の変化に比べ, より深部で発生していると考えられる.H2O の同位体比低下が起きた際のδD とδ 18 O の相関から, 低下の原因は水蒸気の部分的な凝縮であると推定される.H2 のδ D 低下の際の AET が噴気の出口温度よりも低いことから, この変化は温度低下に伴う H2O との同位体交換平衡では説明できない. 噴気に含まれる CO2 は主にマグマ起源成分であり,H2S や CH4 は熱水系成分と考えられる. よって CO2/H2S 比や CO2/CH4 比の上昇は, 群発地震と同期してマグマ起源成分が増加したことを示している.H2 については, マグマ起源成分と熱水系成分の両方に含まれている可能性があり, 前者のδD が後者のδD よりも高ければ, 群発地震の数カ月前に発生したδD の低下はマグマ起源成分の寄与率低下として解釈できる. 謝辞本研究は東京大学地震研究所共同利用研究災害の軽減に貢献するための地震火山観測研究計画の研究費を部分的に利用し実施されました. ここに記して深く感謝します.

35.25 MO47 SE22 MO35 SE14 SE16 MO46 SE12 SE13 MY17 MY115 MY63 MY87 MY67 MY117 MY94 MY99 ON97 ON128 MY121 ON122 ON92 ON129 ON134 MO27 YM18 OD4 YM87 ON1

35.25 MO47 SE22 MO35 SE14 SE16 MO46 SE12 SE13 MY17 MY115 MY63 MY87 MY67 MY117 MY94 MY99 ON97 ON128 MY121 ON122 ON92 ON129 ON134 MO27 YM18 OD4 YM87 ON1 温度検層データから推定した箱根火山の地温勾配原田昌武 * 板寺一洋 * 萬年一剛 * 道家涼介 * The geothermal gradient estimated from temperature logging data in Hakone Volcano by Masatake HARADA*, Kazuhiro ITADERA*, Kazutaka MANNEN* and Ryosuke